Materiały wykorzystywane w technologii FDM/FFF

Przy wytwarzaniu przyrostowym coraz częściej wykorzystywane są te same materiały co w tradycyjnych metodach produkcji, charakteryzujące się m.in. transparentnością, wytrzymałością, odpornością na chemikalia lub wysokie temperatury. Materiały wykorzystywane w technologii FDM/FFF występują w formie filamentów, czyli pod postacią żyłki o średnicy 1,75 mm owiniętej wokół szpuli, co stanowi już gotowy produkt do użycia na drukarce 3D.

Wyróżniamy cztery grupy materiałowe:

• Filamenty wysokowydajne
• Filamenty inżynieryjne
• Filamenty podstawowe
• Filamenty supportowe

Filamenty wysokowydajne

Modele drukowane w tej grupie materiałowej charakteryzują się odpornością na wysokie temperatury i odpornością chemiczną, jednocześnie posiadając wyjątkowe właściwości mechaniczne. PEEK, PEKK i ULTEM znajdują swoje zastosowanie w przemyśle lotniczym, petrochemicznym (naftowym i gazowym), motoryzacyjnym i medycznym.

PEEK

Standardowe zastosowania PEEK to między innymi elementy maszyn i urządzeń w przemyśle motoryzacyjnym, morskim, jądrowym, naftowym, elektronicznym, medycznym i lotniczym. Elementy z tego tworzywa są często wybierane jako zamienniki dla części metalowych. Z reguły preferowanym stanem PEEK jest stan półkrystaliczny, który uzyskuje się po procesie wygrzewania wydrukowanego modelu. Do uzyskania wysokiej dokładności wymiarowej modeli i wymaganej jakości wydruków, materiał wymaga zastosowania odpowiednio wysokiej temperatury ekstruzji (wytłaczania), podgrzewanego stołu roboczego i aktywnie grzanej komory podczas wydruku.

ULTEM (PEI)

Charakteryzuje się unikatowymi właściwościami, między innymi niską palnością i toksycznością, w skutek czego jest wysoce ceniony i został dopuszczony do produkcji części przez producentów samolotów i w przemyśle kolejowym. Osiągnięcie wysokiej jakości druku wymaga przeprowadzenia procesu druku w grzanej komorze roboczej. Wymagana jest minimalna temperatura 170°C, a ciepło musi być równomiernie rozprowadzane. Drukowanie z tego tworzywa wiąże się również z koniecznością posiadania dedykowanej powierzchni roboczej.

Filamenty inżynieryjne

Możliwość testowania projektów za pomocą wydrukowanych w 3D funkcjonalnych prototypów.
Wytwarzanie wytrzymałych i trwałych części ze wzmacnianych materiałów m.in. włóknem węglowym oraz charakteryzujących się właściwościami ESD. Tworzywa inżynieryjne mogą być stosowane do produkcji części końcowych, które można spotkać w przedmiotach codziennego użytku.

PA

Nylon charakteryzuje się przede wszystkim bardzo wysoką wytrzymałością na rozciąganie. Tworzywo jest trwałe i wykazuje dobre właściwości trybologiczne. Równocześnie gwarantuje dobrą elastyczność i niską wrażliwość na wilgoć wydrukowanych modeli.

PC-ABS

Cechuje się wyjątkową wytrzymałością i odpornością na ciepło przy zachowaniu bardzo dobrej jakości powierzchni. Połączenie obu polimerów gwarantuje, że wydrukowane części charakteryzują się wysokimi właściwościami mechanicznymi, udarnością i odpornością na ciepło poliwęglanu oraz dobrym przetwórstwem ABS. Należy pamiętać o konieczności stosowania stołu grzewczego oraz kontroli procesu chłodzenia.

PC

Należy do materiałów bardzo wymagających pod względem uzyskania wysokiej jakości wydruków. Filament jest wrażliwy na wilgoć i podatny na odkształcenia. Niezbędne jest zagwarantowanie stabilnych warunków podczas druku, czyli najlepiej w zamkniętej, grzanej komorze roboczej z aktywnym rozkładem temperatury.

PET

Współpracuje z większością drukarek FDM/FFF, jednak lepsze rezultaty można osiągnąć na przemysłowych drukarkach 3D, które wyposażone są w grzane komory roboczej, dzięki czemu wydruki się nie kurczą.

Filamenty podstawowe

Do grupy materiałowej należą ABS, PLA, PP, ASA oraz materiały domieszkowane, zapewniając wytrzymałe i dokładne części przy zachowaniu stabilnego procesu wytwarzania. Elementy mogą być elastyczne, biodegradowalne lub odporne na promieniowanie UV – wszystko w zależności od potrzeb.

ABS

ABS jest materiałem łatwym do przetworzenia i do obróbki, jak np. wykonanie otworów i gwintów w wydrukowanych modelach. Posiada relatywnie wysoką twardość materiału, co przekłada się na wysoką odporność na wszelkie zarysowania. Zastosowanie rozpuszczalnego materiału podporowego do wydruku części z ABS umożliwia wytworzenie złożonych geometrii, funkcjonalnych prototypów i wielu innych

ASA

Jest szeroko stosowanym filamentem do prototypowania funkcjonalnych części, elementów wystawionych na warunki atmosferyczne oraz różnych zastosowań w branży motoryzacyjnej. Modele wykonane z ASA charakteryzują się matowym wykończeniem powierzchni. 

PP

Popularny polimer PP zapewnia doskonałą jakość druku, wysoką wytrzymałość zmęczeniową i mechaniczną, jak również dobrą odporność termiczną. Części wydrukowane z PP cechują się niskim współczynnikiem tarcia oraz estetyczną i gładką powierzchnią, idealnie sprawdzając się jako produkty końcowe. Tworzywo posiada również wysoką odporność elektryczną, co pozwala na wykorzystanie wydruków jako izolatorów elektrycznych.

PLA

Biodegradowalny polimer termoplastyczny, który jest produkowany z zasobów odnawialnych. Tworzywo jest stosunkowo łatwe w obróbce, zwykle przy minimalnych nakładach pracy. Filament PLA stał jest jednym z najpopularniejszych tworzyw termoplastycznych używanych w druku 3D ze względu na niską temperaturę wytłaczania oraz brak konieczności nagrzewania stołu roboczego. Wydrukowane części z PLA mają mocno nasycone kolory i lśniące powierzchnie, a ich obróbka końcowa jest bardzo łatwa. 

Filamenty supportowe

Wyróżniamy supporty rozpuszczalne bądź wyłamywalne w zależności od potrzeb. Materiał podporowy pomaga w skracanie czasu i kosztów obróbki końcowej oraz umożliwia szeroką swobodę w projektowaniu części, które mają być wytwarzane przy zastosowaniu technologii FDM/FFF.

BVOH

Filament BVOH to rozpuszczalny w wodzie, wysokiej jakości materiał podporowy, który daje możliwość wypłukania supportu z wydrukowanego elementu i pozostawienia go w nienaruszonej formie. Może być stosowany z wieloma różnymi polimerami m.in. PLA i PP. Support swoje zastosowanie znajduje podczas drukowania elementów z wystającymi i szczególnie złożonymi strukturami, bez potrzeby ręcznego odrywania podpór. BVOH jest przyjaznym dla środowiska materiałem podporowym.

HIPS

Jest polimerem na bazie polistyrenu podobnym do ABS, z nieco wyższymi właściwościami mechanicznymi i ogólną sprężystością. Po wydruku charakteryzuje się wysoką twardością powierzchni, która wpływa na zwiększoną odporność na zarysowania i uderzenia. W skutek swoich właściwości filament może być wykorzystywany zarówno jako materiał modelowy jak i podporowy dla różnych innych materiałów modelowych. HIPS można poddawać obróbce mechanicznej, jest łatwy do malowania.